《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Palaeoenvironmental reconstruction from Hulas Khera: Insights into mid-late Holocene hydroclimatic variability in the Central Ganga Plain
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基于Hulas Khera剖面沉积物，本研究通过矿物磁学、粒度分析和AMS测年，重建了中央恒河平原6350年BP以来的气候与湖泊变化，揭示季风强度与区域干旱期的关联。
阿尔文德·蒂瓦里（Arvind Tiwari）、比尼塔·法尔蒂亚尔（Binita Phartiyal）、M.C. 马诺杰（M.C. Manoj）、马苏德·考萨尔（Masud Kawsar）、K. 普拉桑纳（K. Prasanna）、拉杰维尔·夏尔马（Rajveer Sharma）、潘卡杰·库马尔（Pankaj Kumar）、阿努帕姆·夏尔马（Anupam Sharma）
比尔巴尔·萨尼古生物科学研究所（Birbal Sahni Institute of Palaeosciences），地址：印度北方邦勒克瑙（Lucknow），大学路53号，邮编226007
摘要
本研究位于中央恒河平原（Central Ganga Plain）的胡拉斯·克赫拉（Hulas Khera）地区，重建了约6350年前至今的气候状况和湖泊水位变化。研究结合了沉积物纹理分析、矿物磁学特性、元素组成以及AMS放射性碳测年技术。沉积物输入的变化反映了与降雨模式变化相关的流域侵蚀过程，表明降水是导致沉积物磁性质变化的主要因素。C-M图显示了泛滥平原的沉积情况，这些沉积物主要由悬浮颗粒的沉降形成。细粒至粗粒淤泥中的两种颗粒类型EM1和EM2（平均粒径分别为8.9微米和53微米）与季节性降水量增加时期（即印度夏季季风活动强烈的时期，对应于公元前5400年、4600年、4000年、3300年、2000年和800年）的表面径流有关。相比之下，细砂中的两种颗粒类型EM3和EM4（平均粒径分别为92微米和160微米）则出现在长期干旱或季风活动减弱时期（分别对应于公元前6300年至5400年、4300年、3600年、2800年至2200年、1800年至900年以及600年至300年），这些时期也与中央恒河平原上的卡瓦尔湖（Kanwar Lake）记录的干旱阶段以及阿拉伯海（Arabian Sea）的上升流减弱现象相吻合。印度夏季季风强度的突然变化与小冰期（Little Ice Age）和黑暗时代寒冷期（Dark Age Cold Period）的季风减弱事件相符，这突显了区域水文过程对全新世中后期季风变化的敏感性。
引言
印度-恒河平原（Indo-Gangetic Plain）位于喜马拉雅山前陆盆地（Himalayan foreland basin）内，是世界上最大的河流沉积系统。它汇集了来自北部喜马拉雅山的沉积物，同时也有来自南部文迪亚高地（Vindhyan Highlands）的沉积物补充（Srivastava等人，2003a）。由于其肥沃的土壤、丰富的水资源和生态多样性，恒河盆地自石器时代以来就一直有人类居住（Jha等人，2024）。如今，该地区的人口超过2亿（Shukla，2016）。作为印度次大陆上农业最发达的地区之一，恒河平原支撑着以季风为依赖的农业文化。从地貌学上看，该地区可分为三个部分：上游恒河平原（Upper Ganga Plain）、中央恒河平原（Central Ganga Plain，CGP）和下游恒河平原（Lower Ganga Plain），它们之间的沉降速率和沉积物积累量各不相同。其中，CGP面积最大，位于东经81°47′至87°50′、北纬24°30′至27°50′之间，占地约14.4万平方公里。由于CGP地理范围广阔，从东到西、从北到南延伸，因此具有过渡性气候特征。CGP的地貌特征包括河流通道、阶地、湖泊、池塘和沼泽。该地区由加加拉河（Ghaghara River）、甘达克河（Gandak River）和科西河（Kosi River）以及发源于喜马拉雅山的支流所灌溉。这些区域包含科西河和甘达克河的大型冲积扇，以及多个小型冲积扇（Sinha等人，2005）。
在晚第四纪时期，气候变化和相应的基准面变化导致了恒河平原主要地貌表面的形成（Singh，1996）。其中最显著的是高地河间平原（upland interfluve surface），这是一片广阔的残留平原，位于活跃的河流通道之间。这片平原上分布着众多湖泊和池塘，它们起到了沉积物捕获器的作用，保存了原本会被冲刷到下游的细粒沉积物（Singh，1996；Srivastava等人，2003b）。这些湖泊和池塘中的沉积物构成了高分辨率的古气候档案，记录了晚第四纪气候变化的详细连续信息，包括河流动力和季风强度的变化（Singh等人，2015），这些变化受区域性和全球性气候因素的影响。自古以来，这些湖泊和池塘对农业发展具有重要意义，支持了人类聚居（Pokharia等人，2017）。因此，由于其独特的地质、地貌和气候特征，印度的恒河平原在古气候研究中具有重要的科学价值。
该地区的气候受季风变化的影响，这些变化在历史上塑造了植被模式、人类聚居和农业活动。该地区的主要淡水来源是印度夏季季风（Indian Summer Monsoon）、喜马拉雅山的融雪和地下水（Lutz等人，2014）。印度夏季季风的强度、持续时间和幅度是决定恒河盆地社会、农业和经济繁荣的关键因素。季风对南亚的社会经济结构具有重要影响，季风活动的突然变化导致了古代文明的兴衰（Gupta等人，2006；Thamban等人，2007）。印度夏季季风是一个复杂的气候系统，受太阳辐射（Agnihotri等人，2002）和海洋-大气相互作用（Gupta等人，2003；Phartiyal等人，2024）的调节。印度夏季季风的强度与热带辐合带（Intertropical Convergence Zone，ITCZ）的移动密切相关，而热带辐合带的移动又受到北半球太阳辐射变化的影响（Fleitmann等人，2003；Gadgil，2018）。
来自印度次大陆的大多数全新世湖泊气候记录由于时间分辨率较低或采样间隔较粗而受到限制。来自不同流域的少数高分辨率研究往往显示出不一致的百年至千年尺度的气候趋势，这可能反映了降水模式的空间差异（Rawat等人，2021）。这些限制阻碍了我们对驱动季风变化的机制的理解，尤其是在全新世期间，季风强度的快速变化对社会和环境产生了重大影响（Kathayat等人，2017）。季风变化主要通过海洋档案（Agnihotri等人，2002；Gupta等人，2003；Overpeck等人，1996；Ponton等人，2012；Staubwasser等人，2002）和陆地记录（Dixit等人，2014；Mishra等人，2015；Prasad等人，2014；Sinha等人，2007；Srivastava等人，2017）进行重建。
尽管CGP一直是许多古气候研究的重点对象（Chauhan等人，2015；Kumar等人，2022；Misra等人，2020；Phartiyal等人，2024；Saxena等人，2015；Saxena等人，2013；Sengupta等人，2024；Sharma等人，2004；Singh等人，2015；Singh等人，2022；Tripathi等人，2017；Trivedi等人，2019；Trivedi等人，2013），这些研究为全新世气候变化提供了宝贵见解；然而，大多数研究依赖于单一指标方法，具有较粗的采样分辨率和时间限制，而基于多指标的高分辨率研究较少，且缺乏可靠的年代学框架，这凸显了在该地区进行高分辨率多指标重建的必要性和挑战性。
在这项研究中，我们采用了综合多指标方法，结合Hulas Khera剖面（CGP中的卡雷拉湖Karela Lake周边）的AMS放射性碳测年数据，重建了全新世中后期（约6357年至298年前）的印度夏季季风变化（Singh等人，1996）。Hulas Khera剖面具有连续的沉积序列和有利的沉积环境，为解决上述问题提供了理想条件。高分辨率采样结合矿物磁学特性分析、沉积物粒度分析和化学成分分析，有助于：（i）确定磁性矿物的性质和来源及其古环境意义；（ii）解释反映季风驱动变化的沉积环境和沉积学特征；（iii）重建研究时间段内的印度夏季季风变化；（iv）探讨全球因素在调节季风变化中的作用。研究期间推断的气候变化与其他区域古气候记录和驱动因素进行了对比，从而提供了CGP气候动态的更广泛时空视角。
研究区域
研究区域
胡拉斯·克赫拉（Hulas Khera，坐标26°41′03.6″N，81°00′38.71″E）位于勒克瑙市（北方邦首府）东南方向约30公里处，靠近一个名为“卡雷拉湖”（Karela Lake）的牛轭湖（图1）。卡雷拉湖是一个由塞伊河（Sai River）废弃河道形成的弯曲湖岸湖（Chauhan等人，2015；Singh，2005）。湖泊的存在使得该地区成为
材料与方法
在胡拉斯·克赫拉（HK）的卡雷拉湖周边（坐标26°41′03.6″N，81°00′38.71″E）挖掘了一条约91厘米深的沟槽，以收集用于分析沉积物物理特性和气候变化的样本。沿沟槽剖面以固定间隔采集了70个每个约100克的沉积物样本。所选地点因其紧凑的结构和较高的位置而适合采样，确保了沉积物的保存
年代学框架、岩性及年龄-深度模型
HK剖面的14C AMS测年数据涵盖了约6358年至298年前的时间范围，从而提供了CGP从中全新世到晚全新世的连续记录。年代学框架和年龄-深度模型分别见表2和图2。HK沉积物剖面的岩性特征最初通过现场观察进行描述，随后通过沉积物纹理分析进行了验证。HK剖面的总厚度为91厘米
HK沉积物中磁性矿物的性质和来源
湖泊沉积物中的磁性矿物主要来源于流域内的碎屑物质。然而，在将磁性特性作为流域侵蚀变化的指标之前，还需考虑其他可能影响沉积物磁性变化的因素，如碎屑输入（Liu等人，2012）、磁性矿物的溶解（Anderson和Rippey，1988）、细菌磁铁矿的贡献（Kim等人，2005；Snowball，1994）以及人为因素
结论
本研究采用多指标方法分析了CGP中HK剖面的沉积物，重建了约6350年前的气候状况和湖泊水位变化。
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沉积物输入的变化反映了与降雨模式变化相关的流域侵蚀过程，表明降水是导致HK沉积物磁性变化的主要因素，并将研究区域划分为七个气候带：HK 1（6358–5251年前）、HK 2（5251–2920年前）等
作者贡献声明
阿尔文德·蒂瓦里（Arvind Tiwari）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、验证、软件使用、方法论制定、数据分析、数据管理。比尼塔·法尔蒂亚尔（Binita Phartiyal）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、项目监督、资源协调、方法论制定、数据管理、概念构思。M.C. 马诺杰（M.C. Manoj）：撰写、审稿与编辑、验证、方法论制定、数据管理。马苏德·考萨尔（Masud Kawsar）：撰写、审稿与编辑、验证、软件使用、方法论制定。K. 普拉桑纳（K. Prasanna）：
利益冲突声明
作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究由印度勒克瑙的比尔巴尔·萨尼古生物科学研究所（Birbal Sahni Institute of Palaeosciences，项目编号BSIP/RDCC/52/25-26）在QLDP大型湖泊钻探项目（QLDP Mega Lake Coring project）的支持下完成。作者感谢SAIF BSIP、勒克瑙以及IUAC提供的AMS设施支持，该设施由印度地球科学部（Ministry of Earth Science，MoES）资助，项目编号分别为MoES/16/07/11(i)-RDEAS和MoES/P.O.(Seismic)8(09)-Geochron/2012。同时，作者也感谢UGC（项目编号426/CSIR-UGC NET，2019年6月）提供的财政支持
